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高压输电线路是重要的生命线工程,输电线路覆冰一直是国内外电力系统严重的自然灾害之一。在输电线路覆冰灾害中,倒塔对正常运行的影响最大,恢复重建也最为困难,一旦发生倒塔,通常的作法是更换输电塔,但是,这种方法实施起来难度大、费用高、造成的长时间停电。随着全球气候变暖,持续低温、雨雪、冰冻灾害性天气出现的概率将会增长。因此,防患于未然,针对在役输电线路(尤其对已发生事故或易发生事故的线路)进行承载力评估,准确分析计算塔-线体系中输电塔的受力情况,及时发现存在的安全隐患,并进行针对性的加固,是提升输电塔-线耦合体系抗倒塌能力的有效措施,以较小的成本,带来输电线路整体抗冰灾能力的提升,将会产生显著的经济效益和社会效益。 本文以湖南地区某冰灾实际破坏线路为研究对象,利用有限元软件ANSYS建立了输电塔-线耦合体系有限元模型,采用组合截面的方法对体系进行加固并验证加固效果,本文主要工作和结论如下: 1.总结了目前国内外关于输电塔-线体系有限元建模、覆冰模拟和加固方法以及风振模拟、风振响应及控制的研究成果。 2.对输电塔-线体系冰、风荷载共同作用的模拟方法进行了研究,确定了荷载加载方法。通过对塔线体系模型逐步加载,确定了未加固体系的极限覆冰厚度。 3.通过对输电塔线体系稳定性和杆件应力的分析,采用组合截面的方法针对性的对薄弱杆件进行加固,共对体系进行了3次加固,通过加固改造,体系的整体极限覆冰厚度有了较大的提升,由23mm提升至38mm,比未加固时总体提升了62.5%。分析过程中还发现,只考虑体系杆件强度是不全面的,还需要进行整体稳定性校核。 4.运用MATLAB,采用线性滤波法中的自然回归模型进行了风荷载的模拟,并采用时域法对之前加固过的输电塔-线体系进行了风振响应分析,着重对输电塔顶位移和底部轴力进行了计算,计算结果符合刚度安全界限与强度安全界限,表明经过加固后的体系在设计风速为30m/s的作用下运行的稳定性较好。 5.针对在塔-线体系风振时程分析中塔顶位移和塔底轴力较大的34号塔,采用安装4组粘滞阻尼器进行振动控制分析。结果表明:在安装粘滞阻尼器后,脉动风振动控制效果约为60%,控制效果明显,可大幅提升输电塔-线体系在风荷载作用下的运行稳定性。